科學技術史主講人：劉偉vivien6w@第六章近代科學革命一、什么是科學革命二、天文學革命：從日心說到行星運動三大定律三、力學革命：從伽利略到牛頓一、什么是科學革命1.科學革命(ScientificRevolution)指的是16、17世紀在歐洲發(fā)生的一場思想巨變，從此人們的世界觀和獲取自然知識的方式發(fā)生了根本的變化。自古希臘以來人類思想所完成或經(jīng)受的一場最為意義深遠的革命?！峦呃?1943)科學革命使基督教興起以來的一切事物相形見絀，使文藝復興和宗教改革降格到純粹的插曲之列……它是現(xiàn)代世界和現(xiàn)代精神的真正起源。

——巴特菲爾特(1949)對“科學革命”提法的反對意見科學革命是對哲學和科學的研究對象的一次先驗性的再定義?！魻?1954)根本就不存在科學革命?！?7世紀人口的壓倒性多數(shù)并不生活在歐洲，也不知道他們生活在“17世紀”，更沒有意識到一場正在發(fā)生的科學革命——夏平(1996)2.天文學革命的主要事件(前后約100年)哥白尼(NicolausCopernicus,1473－1543)《天球運行論》(1543)第谷(TychoBrache,1546-1601)發(fā)現(xiàn)新星(1572)、觀測彗星(1577)、提出第谷體系(1588)開普勒(JohanesKepler,1571-1630)《宇宙的神秘》(1596)、《新天文學》(1609)、《宇宙的和諧》(1619)伽利略(GalileoGalilei,1564-1642)《星際使者》(1610)、《關于太陽黑子的書信》(1613)、《試金者》(1623)、《關于兩大世界體系的對話》(1632)、《關于兩門新科學的對話》(1638)——《哥白尼革命(CopernicanRevolution)》，托馬斯·庫恩(1957)二、天文學革命：

從日心說到行星運動三大定律1.第谷的天文觀測第谷的主要貢獻1563年開始進行天文觀測1572年11月1日發(fā)現(xiàn)新星(Nova)是恒星而非行星，打破了天上星體永恒不變的教條1577年觀測彗星，證明比月亮遙遠，打破了水晶天球結(jié)構第谷在他的天文臺里觀測(1587)1580－1597，在丹麥國王腓特烈二世賜給他的封地維汶島有兩座大天文臺，還有自己的圖書館、實驗室、造紙廠和印刷廠1588年，提出第谷體系地球處于宇宙中心，月亮和太陽繞地球轉(zhuǎn)動五大行星繞太陽轉(zhuǎn)動不用考慮恒星視差不用考慮運動問題與哥白尼體系在數(shù)學上完全等價第谷與開普勒1597年，第谷去德國治下的布拉格任神圣羅馬帝國皇帝魯?shù)婪蚨赖膶m廷數(shù)學家1600年收開普勒為徒1601年10月24日去世開普勒（Kepler，1571－1630)2.開普勒行星運動三大定律早年的研究狂熱的畢達哥拉斯主義－柏拉圖主義者，崇拜太陽，崇拜數(shù)學的簡單性，哥白尼學說的同情者《宇宙的神秘》(1596)：土星(正六面體外接球)、木星(正六面體內(nèi)切球)、火星(內(nèi)接正四面體的內(nèi)切球)、地球(內(nèi)接正12面體的內(nèi)切球)、金星(內(nèi)接正20面體的內(nèi)切球)、水星(內(nèi)接正八面體的內(nèi)切球)1600年開普勒來到布拉格成為第谷的學生，繼承第谷的觀測數(shù)據(jù)特別是火星行星運動三定律的提出1609年《新天文學》第二定律：面速度均勻(1609，以火星為例)第一定律：行星運動的軌道是橢圓1619年《宇宙的和諧》第三定律：周期的平方與距離的立方成正比。此定律對于方位天文學并無實際的意義開普勒學說的意義“天空立法者”：用橢圓代替正圓，徹底消除了本輪和均輪三定律廢除了水晶天球的概念，太陽真正成為軌道中心，建立太陽系的概念，預示著引力問題。懷特海有言：“物質(zhì)未曾來到，精神先已出現(xiàn)”愛因斯坦：“開普勒的驚人成就，是證實下面這條真理的一個特別美妙的例子，這條真理是：知識不能單從經(jīng)驗中得出，而只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實兩者的比較中得出?！遍_普勒的重要貢獻1618年《哥白尼天文學概要》，1627年《魯?shù)婪蛐潜怼?，標志著天文學上的哥白尼革命已經(jīng)完成一輩子窮困，曾編占星歷書以養(yǎng)家糊口。“作為女兒的占星術若不為天文學母親掙面包，母親便要挨餓了?！?630年死于索取薪水的路上。3.天文學革命留下的問題恒星視差問題地球運動所引起的眩暈問題太陽何以牽制諸行星的運動三、力學革命：從伽利略到牛頓Galilei（1565-1642）1.伽利略：“新時代的阿基米德”伽利略，1564.2.15生于意大利的比薩，原本學醫(yī)，但卻愛好數(shù)學，被譽為新時代的阿基米德；1589年25歲，比薩大學數(shù)學教授，1592年，帕多瓦大學數(shù)學教授。1642年1月9日去世，次年1月4日牛頓出生(新歷)，烏爾班八世禁止為他樹碑立傳，1980年，羅馬教會正式為伽利略平反。1609年45歲，制造20倍望遠鏡1610年《星際使者》，月亮上的環(huán)形山，4顆木星衛(wèi)星伽利略與教會的沖突1611年，列入黑名單，1615年被人向宗教裁判所舉報1613年《關于太陽黑子的信》宣稱證明了哥白尼學說。1616年宗教裁判所把《天球運行論》確定為禁書，紅主主教貝拉明本來對哥白尼學說作為一種數(shù)學工具表示理解1616年，伽利略收到貝拉明簽署的一份證明，要求他不能“堅持或支持”哥白尼學說，但沒有禁止“講授”。伽利略的重要著作1623年《試金者》?！罢軐W被寫在宇宙這部永遠在我們眼前打開著的大書上，我們只有學會并熟悉它的書寫語言和符號以后，才能讀懂這本書。它是用數(shù)學語言寫成的，字母是三角形、圓以及其它幾何圖形，沒有這些，人類連一個字也讀不懂?！?624－1630寫作《兩大世界體系的對話》意大利文書寫三個人物的對話為哥白尼學說辯護，對亞里士多德－托勒密學說精彩的反駁總結(jié)了望遠鏡下的新發(fā)現(xiàn)，提出相對運動的概念。用地球的運動來解釋潮汐1632年2月下旬，經(jīng)過反復審查得以出版1632年秋傳訊伽利略1633年4月12日受審，定為可疑的異教徒6月22日，當眾悔罪7月監(jiān)禁，12月送回佛羅倫薩由女兒照料，半盲1638年《兩門新科學的對話》在荷蘭出版亞里士多德：速度與重量成正比邏輯推理比薩斜塔實驗：木球與鐵球擺的等時性與斜面實驗：落體下落的時間的平方與下落距離成正比加速度的概念合成速度與合成力的概念拋物體運動伽利略的歷史地位愛因斯坦：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用

的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端?！辟だ蕴岢隽怂枷雽嶒?，開創(chuàng)了科學實驗方法，并將實驗、觀察和理論思維（科學假設，數(shù)學推理和演繹）相結(jié)合，獲得了突破性的進展。他被后人譽為近代物理之父、物理實驗之父，是近代自然科學的創(chuàng)始人。牛頓(1642－1727)2.牛頓經(jīng)典力學的確立牛頓的主要成就在數(shù)學上，發(fā)明微積分在天文學上，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律在力學上，系統(tǒng)總結(jié)了運動三定律在光學上，發(fā)現(xiàn)了太陽光的復合性，發(fā)明了反射式望遠鏡締造了牛頓式的機械自然觀最后的煉金術士宗教狂熱分子，神秘知識的信奉者牛頓發(fā)明反射望遠鏡牛頓的科學發(fā)現(xiàn)歷程1665年初大學畢業(yè)，倫敦瘟疫，停學回家。是年初，二項式定理(任何冪的二項式化為一個展開的級數(shù))；11月，發(fā)明流數(shù)運算法(微分運算)1666年5月反流數(shù)運算(積分)，同年推出平方反比力公式1669年接任盧卡斯教席，時年27歲。是年發(fā)現(xiàn)太陽光并非單色光1671年向皇家學會提交反射式望遠鏡，成為會員。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)萬有引力：為什么行星總是繞太陽做封閉的曲線運動，而不是跑離太陽呢？1684年1月，胡克宣布發(fā)現(xiàn)了平方反比力作用下的行星運動規(guī)律是橢圓，但給不出數(shù)學證明。11月，牛頓寫了《論運動》，證明了平方反比力與橢圓運動的關系。《自然哲學的數(shù)學原理》（1687）在哈雷鼓勵下，1686年寫出《自然哲學的數(shù)學原理》，哈雷出資于1687年出版《原理》分導論和三篇。導論包括定義、基本定理和定律，及相關的說明。絕對時空概念、運動合成法則、運動三定律、力的合成與分解法則、伽利略相對性原理。就像一部數(shù)學專著一樣《自然哲學的數(shù)學原理》第一篇，解決引力問題，共14章第1章，無窮算法第2章，推導引力的平方反比式第3章，反推第4、5、6章繼續(xù)討論圓錐曲線的幾何問題第7章，擴充伽利略的落體運動定律第10章，擺的運動第11章，引力與質(zhì)量成正比第12章，球體質(zhì)點的等效性證明第14章，運用力學討論光的折射和反射問題第二篇，討論物體在介質(zhì)中的運動。批評笛卡爾的宇宙旋渦假說。第三篇，論宇宙體系論宇宙體系的原因論月亮論潮汐論歲差論彗星3.牛頓經(jīng)典力學的評價牛頓經(jīng)典力學的意義第一、實現(xiàn)了第一次物理學大綜合。牛頓把地球上的物體運動與天上的天體運動都統(tǒng)一到萬有引力定律基礎之上，實現(xiàn)了人類對自然界的認識的“第一次大飛躍”。第二、導致了力學科學的革命。牛頓在建立力學體系的過程中的確繼承了前輩和同時代科學家的諸多科學成果，是科學大綜合，更是科學革命。第三、推動了力學和其他學科的全面發(fā)展。它使天文學、力學的分支得以產(chǎn)生，對地質(zhì)、機械等學科都有深遠的影響。到了十八世紀和十九世紀上半葉，形成了“分析力學”、“固體力學”、“彈性力學”、“流體力學”等多種力學分支。第四、開創(chuàng)了理性新時代。它是文藝復興以來科學革命的偉大成果，標志著古代人從對自然界的感性直觀的認識進入到近代人的抽象理性認識的階段。十八世紀法國哲學家伏爾泰把牛頓的《原理》巨著帶到法國，法國百科全書派把牛頓力學作為唯物主義的自然科學基礎。牛頓經(jīng)典力學的局限性第一、絕對時空觀?！敖^對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的”；“絕對的真正的和數(shù)學上的時間自自身在流逝著、而且由于其本性而在均勻地與任何其他外界事物無關地流逝著”。第二、超距作用力。對于物體之間的相互吸引，牛頓是用某種“超距作用”來解釋的。第三、上帝是宇宙運動的“第一推動者”。牛頓認為：“各行星周日轉(zhuǎn)動不可能由重力而得來，而需要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動?！?，就需要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動?！钡谒?、機械的自然觀。牛頓力學的運動三定律將自然界的一切力學事件連結(jié)起來而形成一個統(tǒng)一的因果鎖鏈，整個自然界被認為像一架機器一樣有秩序地按照力學規(guī)律牛頓的名言如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上我不知道世人怎么看，但在我自己看來，我只不過是一個在海濱玩耍的小孩，不時地為比別人找到一塊更光滑、更美麗的卵石和貝殼而感到高興，而在我面前的真理的海洋，卻完全是個謎。英國詩人波普詩贊：大自然和它的規(guī)律隱藏在黑暗之中上帝說：讓牛頓去吧一切便燦然明朗4.近代自然科學特征及思維模式分科研究――在牛頓力學體系建立之后，物理學研究出現(xiàn)了縱向分化，出現(xiàn)了聲光電磁熱等專門的學科。實證科學(實驗科學)――近代自然科學開始建立在實驗的基礎上，不是自然哲學的那種直觀思辨。自然